DE10333219A1 - cooling arrangement - Google Patents

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Abstract

The cooling device uses a sorption cooling system (22) with an evaporator (56), a sorption chamber (58), a desorption chamber (48) and a condenser (50), a partial exhaust gas flow (28) from the IC engine (12) diverted to the desorption chamber, for providing the required heat for desorption of the cooling medium in the sorption cooling system. The evaporator provides additional cooling of the cooling medium in the main cooling system (16,18) for the IC engine and/or cooling of a second partial exhaust gas flow.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für ein mit einem Verbrennungsmotor betriebenes landwirtschaftliches Fahrzeug, vorzugsweise für einen Schlepper, mit wenigstens einem ein Kühlmedium enthaltendes Hauptkühlsystem.The The invention relates to a cooling arrangement for a an agricultural vehicle powered by an internal combustion engine, preferably for a tractor, with at least one main cooling system containing a cooling medium.

Steigende Leistung der Verbrennungsmotoren und verschärfte Emissionsgesetzgebungen führen zu immer höheren Anforderungen an das Kühlsystem eines Fahrzeugs. Die über ein herkömmliches Kühlsystem abführbare Wärmeleistung wird im Wesentlichen durch Parameter wie die Größe einer Kühleroberfläche, Wärmeübergangszahlen, Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmediums sowie durch Temperaturdifferenzen der beteiligten Medien (Umgebung, Kühlflüssigkeit etc.) bestimmt. Bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen, insbesondere bei Schleppern, werden die über ein konventionelles Kühlsystem abführbaren Leistungen im Wesentlichen durch den zur Verfügung stehenden Bauraum und die maximal zulässige Temperaturdifferenz begrenzt. Für ein auf Wasserkühlung basierendes Kühlsystem ergibt sich diese maximale Temperaturdifferenz aus der maximalen Umgebungstemperatur und der höchsten zulässigen Kühlwassertemperatur.increasing Performance of internal combustion engines and stricter emission legislation to lead to ever higher Requirements for the cooling system of a vehicle. The above a conventional one cooling system dissipated heat output is essentially determined by parameters such as the size of a radiator surface, heat transfer rates, flow velocities of the cooling medium as well as by temperature differences of the involved media (environment, coolant etc.). In agricultural vehicles, in particular in tugs, the over a conventional cooling system be dissipated Services essentially by the available space and the maximum allowable Temperature difference limited. For one on water cooling based cooling system this maximum temperature difference results from the maximum Ambient temperature and the highest permissible Cooling water temperature.

Im Stand der Technik sind verschiedene Kühlsysteme bekannt, mit denen eine effizientere Kühlung bei maximal vorherrschenden Temperaturdifferenzen erzielt werden soll. Beispielsweise wird in der DE 198 54 544 ein Kühlsystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine beschrieben, durch dass eine Verbesserung der Kühlleistung erzielt werden soll. Das Kühlsystem enthält einen Hochtemperaturkreislauf und einen Niedertemperaturkreislauf, wobei der Hochtemperaturkreislauf in einem Hauptzweig die Brennkraftmaschine und einen Hochtemperatur rückkühler sowie in einem Nebenzweig einen Hochtemperaturladeluftkühler und wobei der Niedertemperaturkreislauf einen Niedertemperaturrückkühler und einen dazu in Reihe geschalteten Niedertemperaturladeluftkühler umfasst. Des Weiteren ist ein Motoröl/Getriebeölwärmetauscher sowie ein Wärmetauscher zum Kühlen von Elektronikkomponenten enthalten. Dadurch soll einerseits die im Motoröl/Getriebeölwärmetauscher auftretende Abwärme auf einem relativ hohen Temperaturniveau abgeführt werden können, während andererseits gleichzeitig eine Kühlung der Elektronikkomponenten und der Ladeluft auf einem niedrigeren Temperaturniveau gewährleistet sein soll. Nachteilig wirkt sich aus, dass dieses Kühlsystem einen erheblichen konstruktiven Aufwand erfordert und die sich einstellenden Temperaturniveaus zur Kühlung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine eines landwirtschaftlichen Schleppers ungeeignet sind.In the prior art, various cooling systems are known with which a more efficient cooling is to be achieved with maximum prevailing temperature differences. For example, in the DE 198 54 544 a cooling system for a supercharged internal combustion engine is described, by which an improvement in the cooling performance is to be achieved. The cooling system includes a high temperature circuit and a low temperature circuit, wherein the high temperature circuit in a main branch of the internal combustion engine and a high temperature recooler and in a side branch comprises a high temperature intercooler and wherein the low temperature circuit comprises a low temperature recooler and a series connected low temperature charge air cooler. Furthermore, an engine oil / transmission oil heat exchanger and a heat exchanger for cooling electronic components is included. This is intended, on the one hand, to dissipate the waste heat occurring in the engine oil / gear oil heat exchanger at a relatively high temperature level, while, on the other hand, simultaneously to ensure cooling of the electronic components and the charge air at a lower temperature level. The disadvantage is that this cooling system requires a considerable design effort and the temperature levels are unsuitable for cooling a supercharged internal combustion engine of an agricultural tractor.

Des Weiteren sind andere Kühlsysteme bekannt, die auf dem Prinzip der Sorptionskühlung basieren, bei der die Erzeugung von Kälte aus Wärme im Vordergrund steht und zunehmend im Bereich der Fahrzeugtechnik, insbesondere in Verbindung mit der Klimatisierung von Fahrzeugen, an Bedeutung gewinnen. Insbesondere werden Adsorptions- und Absorptionskältemaschinen eingesetzt, deren Funktions- und Arbeitsweise in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben werden (z.B. Andreas Gassel, „Die Adsorptionskältemaschine – Betriebserfahrungen und thermodynamische Berechnung"; Artikelentwurf für Ki Luft- und Kältetechnik oder YORK International, „Prinzip Absorptionskältemaschine", Prospekt Nr. KK14300). In der DE 199 27 879 A1 wird beispielsweise ein Verfahren zur Klimatisierung von Fahrzeugen und eine Adsorptionskälteanlage zur Durchführung des Verfahrens offenbart. Das Verfahren beruht auf dem Einsatz einer Adsorptionskälteanlage, bei der flüssiges Kältemittel verdampft wird, um die dafür erforderliche Wärme einem flüssigen oder gasförmigen Medium zur Kälteerzeugung zu entziehen. Das verdampfte Kältemittel wird einem Sorbens zur Adsorption zugeführt. Das mit dem Kältemittel beladene Sorbens wird erwärmt, um das Kältemittel wieder zu desorbieren, und das Kältemittel wird anschließend verflüssigt, um zur erneuten Verdampfung zur Verfügung zu stehen. Zur Erwärmung des Sorbens wird dabei die Abwärme des Motors genutzt. Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Adsorptionskälteanlage zeichnen sich dadurch aus, dass als Kältemittel Methanol und als Sorbens Aktivkohle eingesetzt werden. Nachteilig wirkt sich aus, dass die hier vorgeschlagene Adsorptionskälteanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeugs ausgebildet ist und zur Kühlung einzelner Komponenten einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der eines landwirtschaftlichen Schleppers ungeeignet erscheint. Des Weiteren kommt eine Nutzung anderer Wärmepotentiale des Fahrzeugs für die Bereitstellung der zur Desorption erforderlichen hohen Temperaturen, wie beispielsweise der Abgaswärme, mit der in der DE 199 27 879 A1 offenbarten Adsorptionskältemaschine aufgrund der hierfür erforderlichen aufwendigen konstruktiven Maßnahmen nicht in Frage.Furthermore, other cooling systems are known which are based on the principle of sorption cooling, in which the production of cold from heat in the foreground and increasingly in the field of vehicle technology, especially in connection with the air conditioning of vehicles, gain in importance. In particular, adsorption and absorption chillers are used whose function and operation are described in various publications (eg Andreas Gassel, "The Adsorptionskältemaschine - Operating Experience and Thermodynamic Calculation"; Article Design for Ki Air and Refrigeration or YORK International, "Principle Absorption Chiller", Prospectus No. KK14300). In the DE 199 27 879 A1 For example, a method for air conditioning of vehicles and an adsorption refrigeration system for carrying out the method is disclosed. The method is based on the use of an adsorption refrigeration system in which liquid refrigerant is evaporated in order to extract the heat required for this purpose from a liquid or gaseous medium for cooling. The vaporized refrigerant is fed to a sorbent for adsorption. The sorbent loaded with the refrigerant is heated to desorb the refrigerant again, and the refrigerant is then liquefied to be available for re-evaporation. To heat the sorbent while the waste heat of the engine is used. The inventive method and the associated adsorption refrigeration system are characterized in that are used as the refrigerant methanol and sorbent activated carbon. A disadvantage is that the adsorption refrigeration system proposed here is designed for the air conditioning of a vehicle and appears to be unsuitable for cooling individual components of a supercharged internal combustion engine, in particular that of an agricultural tractor. Furthermore, a use of other heat potentials of the vehicle for the provision of the necessary for desorption high temperatures, such as the exhaust heat, comes with in the DE 199 27 879 A1 disclosed adsorption chiller due to the required for this complex design measures out of the question.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Kühlanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, durch welche die vorgenannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll eine Kühlanordnung vorgeschlagen werden, durch die ein vorhandenes konventionelles Hauptkühlsystem, beispielsweise ein Kühlsystem für einen Motorblock oder ein Ladeluftkühlsystem, entlastet wird bzw. die für das Hauptkühlsystem anfallende Wärmeleistung reduziert wird.The The object underlying the invention is seen in, a cooling arrangement specify the type mentioned, by which the aforementioned Overcome problems become. In particular, a cooling arrangement proposed by the existing conventional main cooling system, for example, a cooling system for one Engine block or a charge air cooling system, is relieved or the for the main cooling system resulting heat output is reduced.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.The object is achieved by the teaching of claim 1. Further advantageous embodiments and further developments of Invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist in einer Kühlanordnung der eingangs genannten Art ein an sich bekanntes Sorptionskühlsystem enthalten. Das Sorptionskühlsystem enthält wenigstens einen Verdampfer für ein zu verdampfendes Kältemittel, eine ein Sorbens enthaltende Sorbtionskammer zur Sorption des Kältemitteldampfes, eine Desorptionskammer zur Desorption des Kältemittels aus dem Sorbens und einen Kondensator zur Kondensation des Kältemittels. Zur Bereitstellung der zur Desorption erforderlichen Wärme wird wenigstens ein erster Abgasstrom des Verbrennungsmotors der Desorptionskammer zugeführt. Dabei wird der Verdampfer zur zusätzlichen Kühlung des Kühlmediums des wenigstens einen Hauptkühlsystems und/oder zur Kühlung eines zweiten Abgasstroms des Verbrennungsmotors verwendet. Durch die erfindungsgemäße Kombination eines Hauptkühlsystems, welches ein konventionelles Kühlsystem darstellt, mit einem Sorptionskühlsystem, kann auf besonders vorteilhafte Weise das Hauptkühlsystem unter Einsatz des Verdampfers entlastet und die dort anfallende Wärmeleistung reduziert werden. Vorteilhaft ist z. B. die Positionierung des Verdampfers am Zylinderkopf und damit die direkte Kühlung des Zylinderkopfes des Verbrennungsmotors, so dass die dort anfallende Wärme das konventionelle Hauptkühlsystem nicht voll belastet. Die im Kreisprozess des Sorptionskühlsystem erforderliche Abfuhr der aufgenommenen Wärme bzw. die zur Entlastung des konventionellen Hauptkühlsystems durch den Verdampfer abgeführte Wärmeleistung kann dabei auf einem wesentlich höheren Temperaturniveau bei der Kondensation des Kältemittels an die Umgebung abgegeben werden. Dadurch können höhere Temperaturdifferenzen zur Umgebung realisiert und damit eine kompaktere Bauweise für die erforderlichen Kühler mit verbesserten Integrationsmöglichkeiten im Fahrzeug erzielt werden.According to the invention is in a cooling arrangement of initially mentioned type a known sorption cooling system contain. The sorption cooling system contains at least one evaporator for a refrigerant to be evaporated, a sorbent-containing sorbent chamber for sorbing the refrigerant vapor, a desorption chamber for the desorption of the refrigerant from the sorbent and a condenser for condensing the refrigerant. To provide the heat required for desorption will be at least a first Exhaust stream of the engine supplied to the desorption. there the evaporator becomes an additional Cooling the cooling medium the at least one main cooling system and / or for cooling a second exhaust stream of the internal combustion engine used. By the inventive combination a main cooling system, which is a conventional cooling system represents, with a sorption cooling system, can in a particularly advantageous manner, the main cooling system using the Evaporator relieved and the resulting heat output can be reduced. Advantageous is z. B. the positioning of the evaporator on the cylinder head and thus the direct cooling of the Cylinder head of the internal combustion engine, so that the accumulating there Heat that conventional main cooling system not fully charged. The in the cycle of the sorption cooling system required dissipation of the heat absorbed or to relieve the conventional main cooling system discharged through the evaporator heat output can at a much higher temperature level at the Condensation of the refrigerant be delivered to the environment. This can cause higher temperature differences implemented to the environment and thus a more compact design for the required radiator with improved integration options be achieved in the vehicle.

Erfindungsgemäß kann auch anderen Komponenten durch entsprechende Positionierung des Verdampfers Wärme entzogen werden, wie z. B. dem Verbrennungsmotor selbst, Teilen der mechanischen Leistungsübertragung, Komponenten der Leistungselektronik, elektrischen Maschinen, der Fahrzeugkabine, der Ladeluft, einem rückgeführten Abgasstrom oder sonstigen anderen kühlbaren Komponenten, die im oder am Fahrzeug enthalten sind. Des Weiteren ist es auch denkbar die erfindungsgemäße Kühlanordnung zur Kühlung von Fluiden, wie beispielsweise Motor- oder Getriebeöl einzusetzen.Also according to the invention other components by appropriate positioning of the evaporator Heat deprived be such. B. the internal combustion engine itself, sharing the mechanical power transmission, Components of power electronics, electrical machines, the Vehicle cabin, the charge air, a recirculated exhaust gas stream or other other coolable Components contained in or on the vehicle. Furthermore is it is also conceivable cooling arrangement according to the invention for the cooling of Fluids, such as engine or transmission oil use.

Das Sorptionskühlsystem entzieht dem Hauptkühlsystem, bzw. dem konventionellem Kühlsystem, unter Aufwand von Leistung Wärme. Als aufzuwendende Leistung für das Sorptionskühlsystem wird vorzugsweise thermische Leistung herangezogen. Damit wird durch ein Sorptionskühlsystem im Gegensatz zu den in Kühlmaschinen und auch in Klimaanlagen weitverbreiteten mechanisch angetriebenen Kompressoren ein sogenannter „thermischer Verdichter" realisiert.The sorption withdraws from the main cooling system, or the conventional cooling system, at the expense of power heat. As a required service for the sorption cooling system will preferably used thermal power. This is going through a sorption cooling system unlike those in refrigerators and also in air conditioners widely used mechanically driven Compressors realized a so-called "thermal compressor".

Die zum Antrieb des Sorptionskühlsystems erforderliche thermische Leistung wird dem Fahrzeug entnommen, wobei vorzugsweise ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors als Quelle thermischer Leistung genutzt wird. Andere Quellen für thermische Leistung sind jedoch auch denkbar. So kann beispielsweise auch die Abwärme des Verbrennungsmotors oder das Kühlwasser des Verbrennungsmotors oder eine andere verfügbare Wärmequelle im Fahrzeug genutzt werden.The required to drive the sorption cooling system thermal power is taken from the vehicle, preferably an exhaust gas flow of the internal combustion engine as a source of thermal power is being used. Other sources for However, thermal power are also conceivable. So, for example also the waste heat of the internal combustion engine or the cooling water of the internal combustion engine or another available heat source be used in the vehicle.

In der Literatur (Brockhaus, Naturwissenschaften und Technik, 1989) wird der Vorgang der Sorption als ein Vorgang beschrieben, bei dem ein Stoff durch einen mit ihm in Berührung stehenden anderen selektiv aufgenommen wird, z. B. Absorption oder Adsorption. Man spricht immer dann von Sorption, wenn die Art des individuellen Prozesses unbekannt ist. Der sorbierende Stoff heißt Sorbens. Der sorbierte Stoff heißt Sorbent. Die Regenerierung des Sorbens, d. h. die Abtrennung des sorbierten Stoffes, heißt Desorption.In the literature (Brockhaus, science and technology, 1989) The process of sorption is described as a process in which one substance selectively through another in contact with it is recorded, z. B. absorption or adsorption. One speaks always from sorption, if the nature of the individual process is unknown. The sorbent substance is called sorbent. The sorbed fabric is called Sorbent. The regeneration of the sorbent, d. H. the separation of the sorbed substance, means Desorption.

Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen zwei bestimmten Formen der Sorption: der Absorption und der Adsorbtion.in the Essentially one differentiates between two specific forms of the Sorption: absorption and adsorption.

Bei der Absorption handelt es sich um die Aufnahme von Gasen durch Flüssigkeiten (oder Feststoffe). Analog zur Sorbtion wird die gelöste Gaskomponente als Absorbend und die Flüssigkeit (Lösungsmittel) als Absorbens bezeichnet. Unter Desorption versteht man die Umkehrung der Absorption, d. h. das Austreiben des Gases bei erhöhter Temperatur und/oder erniedrigtem Druck unter Rückgewinnung des Lösemittels.at Absorption is the absorption of gases by liquids (or solids). The dissolved gas component becomes analogous to sorbtion as absorbing and the liquid (Solvent) referred to as Absorbens. Desorption is the inversion the absorption, d. H. the expulsion of the gas at elevated temperature and / or reduced pressure with recovery of the solvent.

Bei der Adsorption handelt es sich um die Anlagerung von Gasen und gelösten Stoffen (Adsorbat) an der Oberfläche fester Körper (Adsorbens), z. B. die Bindung von Wasserdampf als Adsorbat an Aktivkohle, welches das Adsorbens darstellt. Die Adsorption spielt sich dabei nicht nur an der sichtbaren Oberfläche des Adsorbens ab, sondern auch in dessen Poren, soweit diese für das Adsorbat zugänglich sind. Bei der Adsorption wird die Adsorptions-Wärme, etwa im Ausmaß der Kondensationswärme frei. Wichtige Adsorbentien sind Aktivkohle, Kieselgel, Aktivtonerde (Aluminiumoxid) oder auch Silicagel und Bleicherde.at Adsorption is the addition of gases and solutes (Adsorbate) on the surface solid body (Adsorbent), z. B. the binding of water vapor as adsorbate to activated carbon, which represents the adsorbent. The adsorption plays here not only on the visible surface of the adsorbent, but also in the pores, as far as they are accessible to the adsorbate. During adsorption, the adsorption heat is released, for example, to the extent of the heat of condensation. Important Adsorbents are activated carbon, silica gel, activated alumina (alumina) or silica gel and bleaching earth.

Generell spricht man von Desorption, wenn es sich um die Umkehrung der Ab- bzw. Adsorption durch höhere Temperatur oder geringeren Druck bzw. der Rückgewinnung des ab- oder adsorbierten Stoffes handelt.In general, it is called desorption, when it comes to the reversal of adsorption or absorption by higher temperature or lower pressure or the recovery of the adsorbed or adsorbed Stoffes acts.

Im Folgenden werden zwei Sorptionskühlsysteme anhand von Funktionsprinzipien eines Absorptionskühlsystems und eines Adsorptionskühlsystems beschrieben, wobei das Absorptionskühlsystem mit einem flüssigen Lösungsmittel als Sorbens bzw. Absorbens und das Adsorbtionskühlsystem mit einem festen Sorbens arbeitet. Für eine über die Funktionsprinzipien hinausgehende Beschreibung wird auf den eingangs diskutierten Stand der Technik ( DE 199 27 879 A1 ) sowie auf Fachliteratur (z. B. Andreas Gassel, „Die Adsorptionskältemaschine – Betriebserfahrungen und thermodynamische Berechnung"; Artikelentwurf für Ki Luft- und Kältetechnik oder YORK International, „Prinzip Absorptionskältemaschine", Prospekt Nr. KK14300) verwiesen.In the following, two sorption cooling systems will be described based on operating principles of an absorption cooling system and an adsorption cooling system, wherein the absorption cooling system operates with a liquid solvent as a sorbent and the adsorbent cooling system with a solid sorbent. For a description which goes beyond the functional principles, reference is made to the prior art discussed at the outset ( DE 199 27 879 A1 ) and technical literature (eg Andreas Gassel, "The Adsorption Chiller - Operating Experience and Thermodynamic Calculation", Article Design for Ki Air Conditioning and Refrigeration or YORK International, "Principle Absorption Chiller", Prospectus No. KK14300).

Kennzeichnend für ein Absorptionskältesystem ist ein Zweistoffsystem, bestehend aus einem Absorbens und einem Absorbend, wie z. B. einem Lösungsmittel und einem Kältemittel, wobei das Kältemittel von dem Lösungsmittel absorbiert wird und bei der Desorption wieder von ihm getrennt wird. Bekannte Zweistoffsysteme sind beispielsweise Lithiumbromid, das Wasser absorbiert oder Wasser, das Ammoniak absorbiert. Der absorbierte Stoff hat die Funktion des Kältemittels (Absorbend), während der andere Stoff als Lösungsmittel (Absorbens) bezeichnet wird. Kältemittel und Lösungsmittel werden zusammen als Arbeitspaar bezeichnet. Die Stoffe werden in der Desorptionskammer (Kocher oder Austreiber) voneinander getrennt, indem die Lösung erhitzt wird. Das Kältemittel verdampft aufgrund der geringeren Verdampfungstemperatur zuerst. Der Dampf des Kältemittels wird durch einen Flüssigkeitsabscheider von den mitverdampften Lösungsmittelresten befreit. Anschließend wird das Kältemittel in dem Kondensator (Verflüssiger) abgekühlt und somit verflüssigt. Durch ein Regelventil wird das Kältemittel auf einen einer vorgebbaren Temperatur entsprechenden Verdampfungsdruck entspannt. Im Verdampfer selbst wird das Kältemittel unter Aufnahme von Wärme verdampft, wodurch der eigentliche Nutzeffekt entsteht, indem die Aufnahme von Wärme den Kühlungseffekt bewirkt. Der Kältemitteldampf wird nun in die Sorptionskammer geleitet. Das Lösungsmittel (Absorbens) wird nach der Trennung vom Kältemittel (Absorbend) bzw, nach der Desorption durch ein Ventil auf den Sorptionskammerdruck entspannt, abgekühlt und der Sorptionskammer zugeführt. Dadurch ist es in der Lage, den Kältemitteldampf in der Sorptionskammer aufzunehmen. Eine Lösungsmittelpumpe führt die angereicherte Lösung zurück zum Austreiber, der Kreislauf ist damit geschlossen. Der gesamte Lösungsmittelkreislauf arbeitet als "thermischer Verdichter", da er die entsprechenden Aufgaben des Verdichters einer Kompressionskältemaschine übernimmt. Die zum Verdampfen notwendige Wärmemenge Q0 und die zur Desorption notwendige Wärmemenge QH können, wie eingangs erwähnt, unterschiedlichen Fahrzeugkomponenten entzogen werden, so dass die von einem Hauptkühlsystem abzuführende Wärmeleistung reduziert wird, indem die zum Verdampfen notwendige Wärmemenge Q0 dem Hauptkühlsystem entzogen wird. Das System arbeitet umso effektiver, je höher die Primärtemperatur und damit die Kühlwassertemperatur des Hauptkühlsystems ist. Die Bestrebung, das Druckniveau im Kühlkreislauf anzuheben, um entsprechend hohe zulässige Temperaturen zu erreichen, fördert daher die Einsatzmöglichkeiten von Absorptionskühlsystemen. Die Antriebstemperaturen für die Austreibung liegen zwischen 90°C und 140°C, wobei das zu kühlende Medium bzw. die zu kühlende Komponente ähnliche Temperaturen annehmen kann wie bei der Kühlung mit einem Adsorptionskühlsystem.Characteristic of an absorption refrigeration system is a binary system consisting of an absorbent and an absorbent, such as. As a solvent and a refrigerant, wherein the refrigerant is absorbed by the solvent and is separated again during desorption. Known bi-fuel systems are, for example, lithium bromide, which absorbs water or water that absorbs ammonia. The absorbed substance has the function of refrigerant (absorbent), while the other substance is referred to as a solvent (absorbent). Refrigerants and solvents are collectively referred to as a working couple. The substances are separated in the desorption chamber (cooker or expeller) by heating the solution. The refrigerant evaporates first due to the lower evaporation temperature. The vapor of the refrigerant is freed by a liquid separator from the co-evaporated solvent residues. Subsequently, the refrigerant in the condenser (condenser) is cooled and thus liquefied. By means of a control valve, the refrigerant is expanded to a vapor pressure corresponding to a predeterminable temperature. In the evaporator itself, the refrigerant is vaporized by absorbing heat, whereby the actual efficiency is created by the absorption of heat causes the cooling effect. The refrigerant vapor is now directed into the sorption chamber. After separation from the refrigerant (absorbent) or, after desorption, the solvent (absorbent) is depressurized by a valve to the sorption chamber pressure and fed to the sorption chamber. As a result, it is able to absorb the refrigerant vapor in the sorption chamber. A solvent pump returns the enriched solution back to the generator, the circuit is closed. The entire solvent cycle works as a "thermal compressor" because it takes over the corresponding tasks of the compressor of a compression refrigeration machine. The amount of heat Q 0 necessary for evaporation and the quantity of heat Q H necessary for desorption can, as mentioned above, be withdrawn from different vehicle components, so that the heat output to be dissipated by a main cooling system is reduced by removing the heat quantity Q 0 necessary for evaporation from the main cooling system. The system operates more effectively the higher the primary temperature and thus the cooling water temperature of the main cooling system. The effort to increase the pressure level in the cooling circuit in order to achieve correspondingly high permissible temperatures, therefore promotes the application of absorption cooling systems. The drive temperatures for the expulsion are between 90 ° C and 140 ° C, wherein the medium to be cooled or the component to be cooled can assume similar temperatures as in the cooling with an adsorption cooling system.

Ein Adsorptionskühlsystem besteht aus einer mit einem Sorbens bzw. Adsorbens gefüllten Adsorbtionskammer und einer mit einem Adsorbens gefüllten Desorptionskammer, sowie einem Kondensator und einem Verdampfer. Wie auch bei einem Absorptionskühlsystem sind bei einem Adsorptionskühlsystem verschiedene Stoffpaare möglich. Als Adsorbens wird beispielsweise Silicagel und als Kältemittel bzw. Adsorbat Wasser eingesetzt. Bekannt ist auch die Verwendung von Aktivkohle als Adsorbens und Methanol als Adsorbat. Der Prozess ist diskontinuierlich und geschlossen. Während eines Zyklus laufen folgende Vorgänge ab: Das an das Silicagel (Adsorbens) angelagerte Wasser (Adsorbat) wird in der Desorptionskammer unter Zufuhr einer Wärmemenge QH durch einen der Desorptionskammer zugeordneten Heizwasserkreislauf ausgetrieben. Das Wasser wird im Kondensator verflüssigt indem Wärme an ein dem Kondensator zugeordneten Kühlwasserkreislauf abgeführt wird. Das Kondensat wird in den Verdampfer eingesprüht und bei starkem Unterdruck verdampft. Dabei wird der Umgebung oder einer zu kühlenden Komponente eine Wärmemenge Q0 entzogen bzw. die Umgebung oder die zu kühlende Komponente abgekühlt. In der Adsorptionskammer wird der Wasserdampf adsorbiert und die entstehende Adsorptionswärme einem der Adsorptionskammer zugeordneten Kühlwasserkreislauf zugeführt. Durch einfaches Umlenken der Heiz- und Kühlwasserkreisläufe der Desorptions- bzw. der Adsorptionskammer zwischen den beiden Kammern werden die Funktionen Desorption und Adsorbtion am Ende eines Zyklus vertauscht und der Prozess beginnt von Neuem.An adsorption cooling system consists of an adsorbing chamber filled with a sorbent or adsorbent and a desorption chamber filled with an adsorbent, and a condenser and an evaporator. As with an absorption cooling system, different substance pairs are possible with an adsorption cooling system. For example, silica gel is used as the adsorbent and water is used as the refrigerant or adsorbate. The use of activated carbon as adsorbent and methanol as adsorbate is also known. The process is discontinuous and closed. During one cycle, the following processes take place: The water (adsorbate) deposited on the silica gel (adsorbent) is expelled in the desorption chamber by supplying a quantity of heat Q H through a heating water circuit associated with the desorption chamber. The water is liquefied in the condenser by dissipating heat to a cooling water circuit associated with the condenser. The condensate is sprayed into the evaporator and evaporated at a high vacuum. In this case, a quantity of heat Q 0 is withdrawn from the environment or a component to be cooled or the environment or the component to be cooled is cooled. In the adsorption chamber, the water vapor is adsorbed and the resulting heat of adsorption is fed to a cooling water circuit associated with the adsorption chamber. By simply redirecting the heating and cooling water circuits of the desorption or adsorption chamber between the two chambers, the functions of desorption and adsorption are reversed at the end of a cycle and the process begins again.

Die Desorption des angelagerten Wassers und die Druckerzeugung für die Kondensation erfolgt bereits bei niedrigen Antriebstemperaturen von 60°C–70°C, so dass diese Technologie auch auf einem gegenüber einem Absorptionskühlsystem geringeren Temperaturniveau eingesetzt werden kann.The Desorption of accumulated water and pressure generation for condensation takes place even at low drive temperatures of 60 ° C-70 ° C, so that this technology also on a versus an absorption cooling system lower temperature level can be used.

Die erfindungsgemäße Kühlanordnung mit einem Sorptionskühlsystem hat den Vorteil, dass die erforderliche Antriebsleistung durch am Fahrzeug vorhandene Wärmequellen z. B. dem Abgas, "kostenfrei" zur Verfügung steht, im Gegensatz zu der bei Kompressoren erforderlichen mechanischen Leistung. Des Weiteren kann eine Reduzierung der im konventionellen Kühlsystem zu installierenden Kühlkapazität sowie eine Reduzierung der über einen Wasser-Luft-Wärmetauscher abzuführenden Verlustwärme des Verbrennungsmotors und damit eine Entlastung des Hauptkühlsystems erzielt werden, wobei die Möglichkeit einer Wärmeabfuhr auf einem gegenüber dem konventionellen Kühlsystem höheren Temperaturniveau besteht. Ferner kann eine Minimierung des Energiebedarfs für die Kühlung weiterer Komponenten und ein dafür verminderter Kraftstoffeinsatz erzielt werden. Außerdem besteht die Möglichkeit der Verwendung umweltunschädlicher Kältemittel. Des Weiteren können bei Vorhandensein einer Klimaanlage mechanische bzw. elektrische Antriebseinheiten für einen bisher benötigten Klimaanlagen-Kompressor eingespart bzw. kleiner dimensioniert werden. Weitere Vorteile sind, dass verschiedene Fluide und Traktorkomponenten auf Temperaturen unterhalb Umgebungstemperatur abgekühlt werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass gegenüber der Verwendung eines Kühlsystems mit Kompressor weniger bewegte und damit weniger verschleißanfällige Teile in der Kühlanordnung enthalten sind. Bei der Anordnung eines Wärmetauschers außen am Abgasrohr des Fahrzeugs ist des Weiteren vorteilhaft, dass keine Erhöhung des Abgas-Staudruckes zu erwarten ist.The cooling arrangement according to the invention a sorption cooling system has the advantage that the required drive power by existing on the vehicle heat sources z. As the exhaust, "free" is available, in contrast to the mechanical power required for compressors. Furthermore, it is possible to achieve a reduction in the cooling capacity to be installed in the conventional cooling system and a reduction in the heat loss of the internal combustion engine to be dissipated via a water-air heat exchanger, thereby relieving the main cooling system, whereby the possibility of heat removal on a higher temperature level compared to the conventional cooling system exists , Furthermore, a minimization of the energy requirement for the cooling of other components and a reduced fuel consumption can be achieved. In addition, there is the possibility of using environmentally harmful refrigerant. Furthermore, in the presence of an air conditioning mechanical or electric drive units for a previously required air conditioning compressor can be saved or dimensioned smaller. Further advantages are that various fluids and tractor components can be cooled to temperatures below ambient. Another advantage is that compared to the use of a cooling system with compressor less moving and thus less susceptible parts are included in the cooling arrangement. In the arrangement of a heat exchanger outside the exhaust pipe of the vehicle is further advantageous that no increase in the exhaust back pressure is expected.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Abgasstrom des Verbrennungsmotors ein Abgasstrom eines Abgasrückführsystems. Auf diese Weise wird einem im Fahrzeug installierten Abgasrückführsystem die zur Desorption erforderliche Desorptionswärme entzogen. Dies hat den Vorteil, dass sich das rückgeführte Abgas abkühlt und bei der Rückführung in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors sich eine reduzierte Erwärmung der Ladeluft einstellt und somit eine verbesserte Aufladung bzw. verbesserte Emissionswerte bei der Verbrennung erzielt werden können.In a particularly preferred embodiment of the invention is the first exhaust gas stream of the internal combustion engine an exhaust gas flow of an exhaust gas recirculation system. In this way, an in-vehicle exhaust gas recirculation system is installed withdrawn the desorption heat required for desorption. This has the Advantage that the recirculated exhaust gas cools and in the return in the combustion chamber of the internal combustion engine is a reduced warming the charge air sets and thus improved charging or improved emission levels can be achieved during combustion.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Abgasstrom des Verbrennungsmotors ein dem an die Umgebung abgegebenen Abgasstrom abgezweigter Abgasstrom. Auf diese Weise kann der ansonsten ungenutzte mit Wärmeenergie beladene Abgasstrom zum Antrieb der Desorbtionskammer genutzt werden wodurch die Gesamtenergiebilanz des Fahrzeugs verbessert wird.In Another preferred embodiment of the invention is the first Exhaust gas flow of the internal combustion engine one delivered to the environment Exhaust gas branched off exhaust gas flow. In this way, the otherwise unused with heat energy laden exhaust gas stream can be used to drive the desorption chamber thereby improving the overall energy balance of the vehicle.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Hauptkühlsystem ein Ladeluftkühlsystem ist und der Verdampfer des Sorptionskühlsystems zur zusätzlichen Kühlung des Ladeluftkühlsystems verwendet wird. Dadurch wird erreicht, dass das zur Kühlung der aufgeladenen Luft eingesetzte Ladeluftkühlsystem effizienter ausgebildet bzw. die Kühlleistung für die Ladeluft gesteigert werden kann und damit eine erhöhte Ladeluftmenge in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors gelangt. Dadurch können verbesserte Emissionswerte erzielt werden.A further particularly preferred embodiment of the invention provides that the main cooling system a charge air cooling system is and the evaporator of the sorption cooling system for additional cooling of the charge air cooling system is used. This ensures that the cooling of the supercharged air charged intercooler system formed more efficient or the cooling capacity for the Charge air can be increased and thus an increased charge air quantity enters the combustion chamber of the internal combustion engine. Thereby can improved emission levels are achieved.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Hauptkühlsystem ein Motorblockkühlsystem ist und der Verdampfer des Sorptionskühlsystems zur zusätzlichen Kühlung des Motorblockkühlsystems verwendet wird. Auf diese Weise kann das Hauptkühlsystem des Verbrennungsmotors entlastet werden. Dies kann entweder zur Reduzierung des erforderlichen Kühlervolumens oder bei Bedarf zur Erhöhung der gesamten Kühlkapazität ausgenutzt werden.A further particularly preferred embodiment of the invention provides that the main cooling system an engine block cooling system is and the evaporator of the sorption cooling system for additional cooling of Engine block cooling system is used. In this way, the main cooling system of the internal combustion engine be relieved. This can be either to reduce the required cooler volume or if necessary to increase exploited the entire cooling capacity become.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Hauptkühlsystem ein Klimatisierungskühlsystem ist und der Verdampfer des Sorptionskühlsystems zur zusätzlichen Kühlung eines Kabinenluftstroms verwendet wird. Vorteilhaft ist dabei, dass ein für das Klimatisierungskühlsystem vorhandener Kompressor kleiner ausgebildet werden kann und damit weniger mechanische Leistung dem Fahrzeug entzogen werden muss. Dies wiederum führt zu einer verbesserten Gesamtenergiebilanz des Fahrzeugs und damit auch zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch.A further particularly preferred embodiment of the invention provides that the main cooling system an air conditioning cooling system is and the evaporator of the sorption cooling system for additional cooling a cabin air flow is used. It is advantageous that one for the air conditioning cooling system existing compressor can be made smaller and thus less mechanical power has to be removed from the vehicle. This in turn leads to an improved overall energy balance of the vehicle and thus also to a lower fuel consumption.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Abgasstrom des Verbrennungsmotors ein Abgasstrom eines Abgasrückführsystems, wobei der Verdampfer des Sorptionskühlsystems zur Kühlung des Abgasstroms des Abgasrückführsystems verwendet wird. Auf diese Weise kann der konventionell ungenutzte mit Wärmeenergie beladene Abgasstrom zum Antrieb der Desorbtionskammer genutzt werden, wodurch die Gesamtenergiebilanz des Fahrzeugs verbessert wird. Des Weiteren wird der Vorteil geschaffen, dass sich das rückgeführte Abgas abkühlt und bei der Rückführung in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors sich eine reduzierte Erwärmung der Ladeluft einstellt und somit eine verbesserte Aufladung bzw. verbesserte Emissionswerte bei der Verbrennung erzielt werden können.In Another preferred embodiment of the invention is the second Exhaust stream of the internal combustion engine an exhaust gas flow of an exhaust gas recirculation system, wherein the evaporator of the sorption cooling system for cooling the Exhaust gas flow of the exhaust gas recirculation system is used. In this way, the conventionally unused with heat energy laden exhaust gas flow can be used to drive the desorption chamber, thereby improving the overall energy balance of the vehicle. Of Furthermore, the advantage is created that the recirculated exhaust gas cools and in the return to the Combustion chamber of the internal combustion engine is a reduced heating of the Charge air sets and thus improved charging or improved Emission levels can be achieved during combustion.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kondensator mit einem Kühler verbunden, mit dem die im Kondensator freigesetzte Wärme abführbar ist. Die durch die Kondensation des Kältemittels (Sorbent) entstehende Wärmemenge kann somit effizient an die Umgebung abgegeben werden, wobei der Wärmeübergang auf einem hohen Temperaturniveau erfolgen kann.In a preferred embodiment of the invention, the condenser is connected to a cooler with which the heat released in the condenser can be dissipated. The resulting by the condensation of the refrigerant (sorbent) amount of heat can thus be efficiently discharged to the environment, the heat transfer at a high Tempe temperature level.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Sorptionskammer mit einem Kühler verbunden, mit dem die in der Sorptionskammer freigesetzte Wärme abführbar ist. Dadurch wird die durch die Sorption des Kältemittels (Sorbent) entstehende Wärmemenge effizient an die Umgebung abgegeben.In Another preferred embodiment of the invention is the sorption chamber with a cooler connected, with which the heat released in the sorption chamber is dissipated. This will cause the sorption of the refrigerant (sorbent) heat efficiently released to the environment.

Anhand der Zeichnung, die vier Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, werden nachfolgend die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert.Based the drawing, the four embodiments the invention shows, the invention and others are below Advantages and advantageous developments and refinements of Invention closer described and explained.

Es zeigt:It shows:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung mit einem Sorptionskühlsystem zur Entlastung eines Ladeluftkühlkreislaufes, 1 FIG. 2 shows a schematic block diagram of a cooling arrangement according to the invention with a sorption cooling system for relieving a charge air cooling circuit, FIG.

2 ein schematisches Blockschaltbild der Stoffströme und Komponenten des zur Entlastung des Ladeluftkühlsystems eingesetzten Sorptionskühlsystems, 2 a schematic block diagram of the material flows and components of the sorption cooling system used to relieve the charge air cooling system,

3 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung mit einem Sorptionskühlsystem zur Entlastung eines Verbrennungsmotorkühlkreislaufes, 3 1 is a schematic block diagram of a cooling arrangement according to the invention with a sorption cooling system for relieving an internal combustion engine cooling circuit.

4 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung mit einem Sorptionskühlsystem zur Kühlung eines Abgasrückführsystems und 4 a schematic block diagram of a cooling arrangement according to the invention with a sorption cooling system for cooling an exhaust gas recirculation system and

5 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung mit einem Sorptionskühlsystem zur Entlastung eines Kabinenluftkühlsystems. 5 a schematic block diagram of a cooling arrangement according to the invention with a sorption cooling system to relieve a cabin air cooling system.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Kühlanordnung 10 für einen Verbrennungsmotor 12 mit einem Ladeluftsystem 14, einem Ladeluftkühlsystem 16, einem Verbrennungsmotorkühlsystem 18, einem Abgasrückführsystem 20 sowie einem Sorptionskühlsystem 22. Das Sorptionskühlsystem 22 wird hierbei wie abgebildet zur Entlastung des Ladeluftkühlsystems 16 eingesetzt. 1 shows a cooling arrangement according to the invention 10 for an internal combustion engine 12 with a charge air system 14 , a charge air cooling system 16 , an internal combustion engine cooling system 18 , an exhaust gas recirculation system 20 and a sorption cooling system 22 , The sorption cooling system 22 is here as shown to relieve the charge air cooling system 16 used.

Der Verbrennungsmotor 12 enthält ein Einlasssystem 24, welches mit aufgeladener und gekühlter Luft 26 und rückgeführtem Abgas 28 versorgt wird. Das rückgeführte Abgas 28 wird aus dem Verbrennungsmotor 12 ausströmenden Abgasstrom 30 entnommen und dem Einlasssystem 24 des Verbrennungsmotors 12 zugeführt. Durch das Abgasrückführsystem 20 können die Menge des an die Umgebung abgegebenen Abgasstroms 30 reduziert und die Emissionswerte verbessert werden.The internal combustion engine 12 contains an inlet system 24 , which with charged and cooled air 26 and recirculated exhaust gas 28 is supplied. The recirculated exhaust gas 28 gets out of the internal combustion engine 12 outgoing exhaust gas flow 30 taken and the inlet system 24 of the internal combustion engine 12 fed. Through the exhaust gas recirculation system 20 can the amount of exhaust gas flow delivered to the environment 30 reduced and the emission levels are improved.

Zur Kühlung des Verbrennungsmotors 12 wird das Verbrennungsmotorkühlsystem 18 mit dem Verbrennungsmotor 12 über Kühlmittelleitungen 32 verbunden. Dabei sind die Kühlmittelleitungen 32 mit einem Motorkühler 34 verbunden, so dass ein sich in den Kühlmittelleitungen 32 befindliches Kühlmedium (nicht gezeigt) zwischen Motorkühler 34 und Verbrennungsmotor 12 zirkuliert und einen im Verbrennungsmotor 12 entstehende Wärmestrom an den Motorkühler 34 abführt.For cooling the internal combustion engine 12 becomes the engine cooling system 18 with the internal combustion engine 12 over coolant lines 32 connected. Here are the coolant lines 32 with a radiator 34 connected, so that in the coolant lines 32 located cooling medium (not shown) between the engine radiator 34 and internal combustion engine 12 circulated and one in the internal combustion engine 12 resulting heat flow to the radiator 34 dissipates.

Das Ladeluftsystem 14 dient unter anderem dazu, die von der Umgebung aufgenommene Ansaugluft zu verdichten, so dass eine erhöhte Luftmenge in das Einlasssystem 24 des Verbrennungsmotors 12 einströmt, wodurch eine verbesserte Verbrennung des Kraftstoffes erfolgt und damit die Emissionswerte des Abgasstromes 30 reduziert werden können. Das Ladeluftsystem 14 enthält einen Luftfilter 36 der eine aus der Umgebung aufgenommene Ansaugluft filtert und von dem aus die gefilterte Ansaugluft an einen Turbolader 38 geleitet wird. Der Turbolader 38 enthält eine Antriebsseite (nicht gezeigt) und eine Verdichterseite (nicht gezeigt). Die Antriebsseite des Turboladers 38 wird über einen Antriebsabgasstrom 40 angetrieben, wobei der Antriebsabgasstrom 40 ebenfalls von dem der Umgebung zugeführten Abgasstrom 30 abgezweigt wird. Die von dem Luftfilter 36 kommende Ansaugluft wird in der Verdichterseite des Turboladers 38 verdichtet. Die Verdichtung führt neben einer Zunahme der Dichte der Ansaugluft auch zu einer Erwärmung der Ansaugluft. Diese Erwärmung wiederum wirkt sich negativ auf die Verbrennung des Kraftstoffes aus, weshalb das Ladeluftsystem 14 in der Regel auch mit einem Ladeluftkühlsystem 16 verbunden ist. Das Ladeluftkühlsystem 16 enthält einen Ladeluftkühler 42 der über Ladeluftkühlmittelleitungen 44 mit einem Wärmetauscher 46 verbunden ist. Der Wärmetauscher 46 des Ladeluftkühlsystems 14 ist derart zwischen Turbolader 38 und Einlasssystem 24 positioniert, dass ein sich in den Ladeluftkühlmittelleitungen 44 befindliches Kühlmedium (nicht gezeigt) zwischen Wärmetauscher 46 und Ladeluftkühler 42 zirkuliert und einen aus der aufgeladenen Luft kommenden Wärmestrom an den Ladeluftkühler 42 abgeben kann.The charge air system 14 Among other things, it serves to compress the intake air absorbed by the environment, so that an increased amount of air in the intake system 24 of the internal combustion engine 12 flows in, whereby an improved combustion of the fuel takes place and thus the emission values of the exhaust gas stream 30 can be reduced. The charge air system 14 contains an air filter 36 which filters an intake air taken from the environment and from which the filtered intake air to a turbocharger 38 is directed. The turbocharger 38 includes a drive side (not shown) and a compressor side (not shown). The drive side of the turbocharger 38 is via a drive exhaust stream 40 driven, the drive exhaust stream 40 also from the environment supplied exhaust gas stream 30 is branched off. The of the air filter 36 incoming intake air is in the compressor side of the turbocharger 38 compacted. The compression leads in addition to an increase in the density of the intake air also to a warming of the intake air. This heating in turn has a negative effect on the combustion of the fuel, which is why the charge air system 14 usually also with a charge air cooling system 16 connected is. The charge air cooling system 16 contains a charge air cooler 42 the via intercooler lines 44 with a heat exchanger 46 connected is. The heat exchanger 46 of the charge air cooling system 14 is so between turbocharger 38 and inlet system 24 That positions itself in the charge air coolant lines 44 located cooling medium (not shown) between the heat exchanger 46 and intercooler 42 circulates and a coming from the charged air heat flow to the intercooler 42 can deliver.

Gemäß 1 enthält das Sorptionskühlsystem 22 eine im rückgeführten Abgasstrom 28 angeordnete Desorptionskammer 48, einen der Desorptionskammer 48 zugeordneten Kondensator 50 mit einem über Kondensatorkühlmittelleitungen 52 mit dem Kondensator 50 verbundenen Kondensatorkühler 54 zur Abfuhr der im Kondensator 50 frei werdenden Wärme, einen an den Ladeluftkühlmittelleitungen 44 angeordneten Verdampfer 56 sowie eine Sorptionskammer 58 mit einem über Sorbtionskammerkühlmittelleitungen 60 mit der Sorptionskammer 58 verbundenen Sorptionskammerkühler 62 zur Abfuhr der in der Sorptionskammer 58 frei werdenden Wärme.According to 1 contains the sorption cooling system 22 one in the recirculated exhaust gas stream 28 arranged desorption chamber 48 , one of the desorption chamber 48 associated capacitor 50 with a via condenser coolant lines 52 with the capacitor 50 connected condenser 54 to dissipate in the condenser 50 released heat, one on the intercooler lines 44 arranged evaporator 56 as well as one sorption 58 with a via sorbent chamber coolant lines 60 with the sorption chamber 58 connected sorption chamber cooler 62 for removing the in the sorption chamber 58 released heat.

Die in der 1 dargestellten Komponenten sind zum Teil auch in den 2 bis 5 enthalten. Für gleiche Komponenten werden daher in den 2 bis 5 die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in 1.The in the 1 shown components are partly in the 2 to 5 contain. For the same components are therefore in the 2 to 5 the same reference numerals are used as in 1 ,

Anhand 2 wird das Funktionsprinzip einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung 10 gezeigt. Dabei steht das Sorptionssystem 22 im Vordergrund, wobei das Sorptionssystem 22 in dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zur Entlastung des Ladeluftkühlsystems 16 eingesetzt wird. Zur besseren Übersicht bei der Funktionsbeschreibung der Kühlanordnung 10 wird auf die Darstellung einiger in 1 und 3 bis 5 enthaltenen Komponenten in 2 verzichtet.Based 2 becomes the operating principle of a cooling arrangement according to the invention 10 shown. This is the sorption system 22 in the foreground, the sorption system 22 in the in the 2 illustrated embodiment for relieving the charge air cooling system 16 is used. For a better overview in the functional description of the cooling arrangement 10 is based on the representation of some in 1 and 3 to 5 contained components in 2 waived.

Wie aus 2 hervorgeht, enthält das Sorptionskühlsystem 22 einen Lösungsmittelkreislauf 64 und einen Kältemittelkreislauf 66. Der Lösungsmittelkreislauf 64 enthält die vom rückgeführten Abgasstrom 28 angetriebene Desorptionskammer 48, ein erstes Regelventil 68, die Sorptionskammer 58 sowie eine Lösungsmittelförderpumpe 70. Der Kältemittelkreislauf 66 enthält die vom rückgeführten Abgasstrom 28 angetriebene Desorptionskammer 48, den Kondensator 50, ein zweites Regelventil 72, den Verdampfer 56 sowie die Sorptionskammer 58. Des Weiteren sind der Kondensator 50 als auch die Sorptionskammer 58 mit jeweils einem Kühler 54, 62 verbunden, der die aus dem Kondensator 50 bzw. die aus der Sorptionskammer 58 abzuführende Wärmeleistung an die Umgebung abführt. Zur Entlastung des Ladeluftkühlsystems 16 wird der Verdampfer 56 des Sorptionskühlsystems 22 in den Ladeluftkühlkreislauf 74 des Ladeluftkühlsystems 16 integriert.How out 2 indicates contains the sorption cooling system 22 a solvent circuit 64 and a refrigerant circuit 66 , The solvent circuit 64 contains the from the recycled exhaust stream 28 driven desorption chamber 48 , a first control valve 68 , the sorption chamber 58 and a solvent feed pump 70 , The refrigerant circuit 66 contains the from the recycled exhaust stream 28 driven desorption chamber 48 , the condenser 50 , a second control valve 72 , the evaporator 56 as well as the sorption chamber 58 , Furthermore, the capacitor 50 as well as the sorption chamber 58 each with a cooler 54 . 62 connected to that from the capacitor 50 or from the sorption chamber 58 dissipates dissipated heat output to the environment. To relieve the charge air cooling system 16 becomes the evaporator 56 of the sorption cooling system 22 in the charge air cooling circuit 74 of the charge air cooling system 16 integrated.

Die Beschreibung der Funktionsweise der Kühlanordnung 10 erfolgt ausgehend von dem im Lösungsmittelkreislauf 64 enthaltenden Zweistoffgemisch (nicht gezeigt), welches sich in der zur Desorptionskammer 48 gerichteten Zulaufleitung 76 befindet: Das in der Zulaufleitung 76 enthaltene Zweistoffgemisch besteht aus einem Lösungsmittel (nicht gezeigt), welches sich mit einem zur Kühlung eingesetzten und im Kältemittelkreislauf 66 zirkulierendes Kältemittel (nicht gezeigt) vermischt bzw. dieses in der Sorptionskammer 58 sorbiert hat. Das Zweistoffgemisch wird durch die Lösungsmittelförderpumpe 70 in die Desorptionkammer 48 gefördert. In der Desorptionskammer 48 erhitzt sich das Zweistoffgemisch aufgrund eines durch den rückgeführten Abgasstrom 28 in die Desorptionskammer 48 zugeführten Wärmestrom. Das von dem Lösungsmittel aufgenommene Kältemittel besitzt eine niedrigere Verdampfungstemperatur als das Lösungsmittel, woraufhin das Kältemittel verdampft, bevor das Lösungsmittel verdampft, was zur Desorption des Kältemittels aus dem Lösungsmittel führt. Der in der Desorptionskammer 48 desorbierte bzw. ausgetriebene Kältemitteldampf (nicht gezeigt) strömt durch eine erste Verbindungsleitung 78 in den Kondensator 50. Der Kältemitteldampf wird in dem Kondensator 50 verflüssigt, wobei der abzuführende Wärmestrom auf einem gegenüber einem konventionellen Kühlsystem höheren Temperaturniveau und mit hoher Temperaturdifferenz zwischen Kondensatorkühler 54 und Kondensator 50 abgeführt wird. Das kondensierte bzw. abgekühlte Kältemittel strömt über eine mit dem zweiten Regelventil 72 gesteuerte Zuführleitung 80 in den Verdampfer 56. In dem Verdampfer wird unter Aufnahme von Wärme aus dem Ladeluftkühlsystem 16 das Kältemittel verdampft. Die durch den Verdampfer 56 bzw. durch das Kältemittel aufgenommene Wärme wird somit effektiv dem Ladeluftkühlsystem 16 entzogen. Dies führt zu dem eigentlichen Nutzen der erfindungsgemäßen Kälteanordnung 10, da auf diese Weise das Ladeluftkühlsystem 16 entlastet werden kann und somit entweder die Kühlkapazität des Ladeluftkühlsystems 16 verbessert oder die konstruktiven Ausmaße des Ladeluftkühlsystems 16 verringert werden können.The description of the operation of the cooling arrangement 10 takes place starting from that in the solvent circuit 64 containing binary mixture (not shown), which is in the desorption chamber 48 directed supply line 76 located: The in the supply line 76 contained binary mixture consists of a solvent (not shown), which is used with a cooling and in the refrigerant circuit 66 circulating refrigerant (not shown) mixed in the sorption chamber 58 has sorbed. The binary mixture is passed through the solvent feed pump 70 in the desorption chamber 48 promoted. In the desorption chamber 48 the binary mixture heats up due to a recirculated exhaust gas flow 28 in the desorption chamber 48 supplied heat flow. The refrigerant absorbed by the solvent has a lower evaporation temperature than the solvent, whereupon the refrigerant evaporates before the solvent evaporates, resulting in the desorption of the refrigerant from the solvent. The one in the desorption chamber 48 desorbed refrigerant vapor (not shown) flows through a first connection line 78 in the condenser 50 , The refrigerant vapor is in the condenser 50 liquefied, wherein the dissipated heat flow on a compared to a conventional cooling system higher temperature level and high temperature difference between condenser 54 and capacitor 50 is dissipated. The condensed or cooled refrigerant flows via a with the second control valve 72 controlled supply line 80 in the evaporator 56 , In the evaporator is taking in heat from the charge air cooling system 16 the refrigerant evaporates. The through the evaporator 56 or by the refrigerant absorbed heat is thus effectively the charge air cooling system 16 withdrawn. This leads to the actual benefit of the refrigeration arrangement according to the invention 10 because in this way the charge air cooling system 16 can be relieved and thus either the cooling capacity of the charge air cooling system 16 improved or the structural dimensions of the charge air cooling system 16 can be reduced.

Der aus dem Verdampfer 56 strömende Kältemitteldampf strömt in die Sorptionskammer 58. Das in dem Lösungsmittelkreislauf 64 zirkulierende Lösungsmittel strömt über das erste Regelventil 68 in die Sorptionskammer 58 und steht zur Aufnahme bzw. Sorption des Kältemitteldampfes bereit. In der Sorptionskammer wird der Kältemitteldampf von dem Lösungsmittel aufgenommen bzw. sorbiert, wodurch Lösungswärme entsteht, die über den Sorptionskühler 62 abgeführt wird. Das aus dem Verdampfer 56 strömende nicht verdampfte bzw. noch flüssige Kältemittel wird über eine weitere Zulaufleitung 82 über die Desorptionskammer 48 geführt und in den Kondensator 50 getrieben. Damit sind beide Kreisläufe, d. h. der Kältemittelkreislauf 66 und der Lösungsmittelkreislauf 64 geschlossen. Als Folge der verbesserten Kühlleistung gegenüber der Ladeluft kann aufgrund niedrigerer Verbrennungstemperaturen im Einlasssystem 24 des Verbrennungsmotors 12 ein verbessertes Emissionsergebnis erzielt werden.The from the evaporator 56 flowing refrigerant vapor flows into the sorption chamber 58 , That in the solvent circuit 64 circulating solvent flows through the first control valve 68 in the sorption chamber 58 and is ready for absorption or sorption of the refrigerant vapor. In the sorption chamber, the refrigerant vapor is absorbed or sorbed by the solvent, resulting in heat of solution being released via the sorption cooler 62 is dissipated. That from the evaporator 56 flowing non-evaporated or still liquid refrigerant is via a further supply line 82 via the desorption chamber 48 led and into the capacitor 50 driven. So both circuits, ie the refrigerant circuit 66 and the solvent circuit 64 closed. As a result of the improved cooling performance compared to the charge air can be due to lower combustion temperatures in the intake system 24 of the internal combustion engine 12 an improved emission result can be achieved.

Gemäß des in 2 dargestellten Funktionsprinzips der Kühlanordnung 10 kann das Sorptionkühlsystem 22 auch zur Entlastung anderer Hauptkühlsysteme oder auch zur Kühlung des rückgeführten Abgases 48 eingesetzt werden. Dies geht aus den 3 bis 5 hervor.According to the in 2 illustrated operating principle of the cooling arrangement 10 can the sorption cooling system 22 also for relieving other main cooling systems or for cooling the recirculated exhaust gas 48 be used. This is from the 3 to 5 out.

In einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, wird der Verdampfer 56, wie in 3 dargestellt, in das Verbrennungsmotorkühlsystem 18 integriert. Die Wärmeabfuhr aus dem Verbrennungsmotorkühlsystem 18 bzw. die Entlastung des Verbrennungsmotorkühlsystems 18 erfolgt dabei auf gleiche Weise durch den Verdampfer 56, wie auch bei der Entlastung des Ladeluftkühlsystems 16 aus 1 bzw. 2. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform, wurde dem Abgasstrom 30 ein für den Antrieb der Desorptionskammer gesonderter Abgasstrom 84 abgezweigt. Denkbar ist hier aber auch die in 1 bis 2 dargestellte Ausführungsform, in der die Desorptionskammer 48 von dem rückgeführten Abgasstrom 28 angetrieben wird, wie es in 3 mit einer von dem rückgeführten Abgasstrom angetriebenen Desorptionskammer 48' dargestellt ist. Des Weiteren wird hier deutlich, dass eine erfindungsgemäße Ausführungsform auch ohne Ladeluftsystem 16 und ohne Abgasrückführsystem 20 denkbar ist. Ähnlich wie auch bei dem Ladeluftkühlsystem 16 aus 1 bis 2 führt die Ausführungsform aus 3 zu einer Entlastung des Verbrennungsmotorkühlsystems 18 wodurch entweder die Kühlkapazität des Verbrennungsmotorkühlsystems 18 verbessert oder die konstruktiven Ausmaße des Verbrennungsmotorkühlsystems 18 verringert werden können.In a second embodiment of the invention, the evaporator 56 , as in 3 shown in the Verbrennungsmotorkühlsys tem 18 integrated. The heat dissipation from the engine cooling system 18 or the relief of the engine cooling system 18 takes place in the same way through the evaporator 56 as well as in relieving the charge air cooling system 16 out 1 respectively. 2 , At the in 3 illustrated embodiment, the exhaust gas flow 30 a separate for driving the desorption chamber exhaust stream 84 diverted. Conceivable here is also the in 1 to 2 illustrated embodiment, in which the desorption chamber 48 from the recirculated exhaust gas stream 28 is driven, as is in 3 with a driven by the recirculated exhaust gas flow desorption 48 ' is shown. Furthermore, it is clear here that an embodiment according to the invention also without charge air system 16 and without exhaust gas recirculation system 20 is conceivable. Similar to the charge air cooling system 16 out 1 to 2 executes the embodiment 3 to a relief of the engine cooling system 18 whereby either the cooling capacity of the engine cooling system 18 improved or the structural dimensions of the engine cooling system 18 can be reduced.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 4 dargestellt wird, kann das Sorptionskühlsystem 10 zur Kühlung des rückgeführten Abgasstroms 28 eingesetzt werden, wodurch verbesserte Verbrennungswerte des Verbrennungsmotors 12 erzielt werden und damit auch das Verbrennungsmotorkühlsystem 18 und das Ladeluftkühlsystem 16 entlastet bzw. die gesamte Energiebilanz des Verbrennungsmotors 12 verbessert werden können. Wird der rückgeführte Abgasstrom 28 ungekühlt in das Einlasssystem 24 des Verbrennungsmotors 12 geleitet, erfolgt eine Erwärmung der zuvor durch das Ladeluftkühlsystem 16 gekühlten Ladeluft. Dies wiederum führt zu schlechteren Emissionswerten des Verbrennungsmotors 12. Zur Kühlung des rückgeführten Abgasstroms 28 wird der Verdampfer 56 gemäß 4 in das Abgasrückführsystem 20 integriert und bei der Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer 56 dem rückgeführten Abgasstrom 28 Wärme entzogen. Gemäß 4 wird auch wie es in 3 dargestellt ist, der gesonderte Abgasstrom 84 zum Antrieb der Desorptionskammer 48 genutzt.In a further embodiment of the invention, as in 4 can be shown, the sorption cooling system 10 for cooling the recirculated exhaust gas flow 28 be used, resulting in improved combustion of the internal combustion engine 12 be achieved and thus also the engine cooling system 18 and the charge air cooling system 16 relieves or the entire energy balance of the internal combustion engine 12 can be improved. Will the recirculated exhaust gas flow 28 uncooled in the inlet system 24 of the internal combustion engine 12 directed, there is a heating of the previously by the charge air cooling system 16 cooled charge air. This in turn leads to lower emission values of the internal combustion engine 12 , For cooling the recirculated exhaust gas flow 28 becomes the evaporator 56 according to 4 into the exhaust gas recirculation system 20 integrated and in the evaporation of the refrigerant in the evaporator 56 the recirculated exhaust gas stream 28 Heat deprived. According to 4 will also like it in 3 is shown, the separate exhaust stream 84 for driving the desorption chamber 48 used.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, wird der Verdampfer 56 in einem Klimatisierungskühlsystem (nicht dargestellt) integriert, wie es in 5 dargestellt ist. Ein von einem herkömmlichen mechanisch angetriebenen Kompressor (nicht gezeigt) vorgekühlter Kabinenluftstrom 86 kann auf diese Weise nachgekühlt werden oder, bei umgekehrter Anordnung auch durch den Verdampfer 56 vorgekühlt und durch den Kompressor nachgekühlt werden. Die Anordnung der anderen Komponenten der Kälteanordnung kann dabei, wie in 5 dargestellt, analog zu den in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen erfolgen. Die Entlastung des Klimatisierungssystems durch das Sorptionskühlsystem führt zu kleineren Baugrößen des mechanisch angetriebenen Kompressors und damit auch zu geringeren mechanischen Energieaufwendungen für das Klimatisierungssystem.In a further embodiment of the invention, the evaporator 56 integrated in an air conditioning refrigeration system (not shown) as shown in FIG 5 is shown. A pre-cooled cabin airflow from a conventional mechanically driven compressor (not shown) 86 can be re-cooled in this way or, in reverse arrangement, by the evaporator 56 pre-cooled and re-cooled by the compressor. The arrangement of the other components of the refrigeration arrangement can, as in 5 represented, analogous to those in 1 to 4 illustrated embodiments are made. The relief of the air conditioning system by the sorption cooling system leads to smaller sizes of the mechanically driven compressor and thus also to lower mechanical energy costs for the air conditioning system.

Die anhand der 1 bis 5 gezeigten Sorptionskühlsysteme lassen sich auch miteinander kombinieren, indem beispielsweise mehrere parallel oder in Reihe geschaltete Verdampfer vorgesehen sind, die der Kühlung der Ladeluft, des rückgeführten Abgases 28, des Verbrennungsmotorkühlwassers und/oder des Kabinenluftstromes 86 dienen.The basis of the 1 to 5 Sorption cooling systems shown can also be combined with each other, for example by several parallel or series-connected evaporator are provided, the cooling of the charge air, the recirculated exhaust gas 28 , the engine cooling water and / or the cabin air flow 86 serve.

Auch wenn die Erfindung lediglich anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann im Lichte der vorstehenden Beschreibung sowie der Zeichnung viele verschiedenartige Alternativen, Modifikationen und Varianten, die unter die vorliegende Erfindung fallen.Also if the invention described only with reference to some embodiments was, open up for the person skilled in the light of the above description and the drawings many different alternatives, modifications and variants, which fall under the present invention.

Claims (9)

Kühlanordnung für ein mit einem Verbrennungsmotor (12) betriebenes landwirtschaftliches Fahrzeug, vorzugsweise für einen Schlepper, mit wenigstens einem ein Kühlmedium enthaltendes Hauptkühlsystem (16, 18), dadurch gekennzeichnet, dass ein an sich bekanntes Sorptionskühlsystem (22) enthalten ist, welches wenigstens einen Verdampfer (56) für ein zu verdampfendes Kältemittel, eine ein Sorbens enthaltende Sorbtionskammer (58) zur Sorption des Kältemitteldampfes, eine Desorptionskammer (48) zur Desorption des Kältemittels aus dem Sorbens und einen Kondensator (50) zur Kondensation des Kältemittels enthält, wobei zur Bereitstellung der zur Desorption erforderlichen Wärme wenigstens ein erster Abgasstrom (28, 84) des Verbrennungsmotors (12) der Desorptionskammer (48) zugeführt wird und der Verdampfer (56) zur zusätzlichen Kühlung des Kühlmediums des wenigstens einen Hauptkühlsystems (16, 18) und/oder zur Kühlung eines zweiten Abgasstroms (28) des Verbrennungsmotors verwendet wird.Cooling arrangement for one with an internal combustion engine ( 12 ) operated agricultural vehicle, preferably for a tractor, with at least one cooling medium containing main cooling system ( 16 . 18 ), characterized in that a sorption cooling system known per se ( 22 ) containing at least one evaporator ( 56 ) for a refrigerant to be evaporated, a sorbent-containing sorbent chamber ( 58 ) for sorption of the refrigerant vapor, a desorption chamber ( 48 ) for the desorption of the refrigerant from the sorbent and a condenser ( 50 ) for condensing the refrigerant, wherein to provide the heat required for desorption at least a first exhaust gas flow ( 28 . 84 ) of the internal combustion engine ( 12 ) of the desorption chamber ( 48 ) and the evaporator ( 56 ) for additional cooling of the cooling medium of the at least one main cooling system ( 16 . 18 ) and / or for cooling a second exhaust gas stream ( 28 ) of the internal combustion engine is used. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgasstrom des Verbrennungsmotors (12) ein Abgasstrom (28) eines Abgasrückführsystems (20) ist.Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the first exhaust gas flow of the internal combustion engine ( 12 ) an exhaust gas stream ( 28 ) of an exhaust gas recirculation system ( 20 ). Kühlanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgasstrom des Verbrennungsmotors (12) ein dem an die Umgebung abgegebenen Abgasstrom (30) abgezweigter Abgasstrom (84) ist.Cooling arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the first exhaust gas stream of the internal combustion engine ( 12 ) an exhaust gas stream emitted to the environment ( 30 ) branched off exhaust gas flow ( 84 ). Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptkühlsystem ein Ladeluftkühlsystem (16) ist und der Verdampfer (56) des Sorptionskühlsystems (22) zur zusätzlichen Kühlung des Ladeluftkühlsystems (16) verwendet wird.Cooling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the Main cooling system a charge air cooling system ( 16 ) and the evaporator ( 56 ) of the sorption cooling system ( 22 ) for additional cooling of the charge air cooling system ( 16 ) is used. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptkühlsystem ein Verbrennungsmotorkühlsystem (18) ist und der Verdampfer (56) des Sorptionskühlsystems (22) zur zusätzlichen Kühlung des Verbrennungsmotorkühlsystems (18) verwendet wird.Cooling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the main cooling system is an internal combustion engine cooling system ( 18 ) and the evaporator ( 56 ) of the sorption cooling system ( 22 ) for additional cooling of the engine cooling system ( 18 ) is used. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptkühlsystem ein Klimatisierungskühlsystem ist und der Verdampfer (56) des Sorptionskühlsystems (22) zur zusätzlichen Kühlung eines Kabinenluftstroms (86) verwendet wird.Cooling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a main cooling system is an air-conditioning cooling system and the evaporator ( 56 ) of the sorption cooling system ( 22 ) for additional cooling of a cabin air flow ( 86 ) is used. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abgasstrom des Verbrennungsmotors (12) ein Abgasstrom eines Abgasrückführsystems (28) ist und der Verdampfer (56) des Sorptionskühlsystems (22) zur Kühlung des Abgasstroms (28) des Abgasrückführsystems (20) verwendet wird.Cooling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second exhaust gas flow of the internal combustion engine ( 12 ) an exhaust gas flow of an exhaust gas recirculation system ( 28 ) and the evaporator ( 56 ) of the sorption cooling system ( 22 ) for cooling the exhaust gas stream ( 28 ) of the exhaust gas recirculation system ( 20 ) is used. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (50) mit einem Kühler (54) verbunden ist, mit dem die im Kondensator (50) freigesetzte Wärme abführbar ist.Cooling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitor ( 50 ) with a cooler ( 54 ) is connected to the in the capacitor ( 50 ) Liberated heat is dissipated. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionskammer (58) mit einem Kühler (62) verbunden ist, mit dem die in der Sorptionskammer (58) freigesetzte Wärme abführbar ist.Cooling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sorption chamber ( 58 ) with a cooler ( 62 ), with which in the sorption chamber ( 58 ) Liberated heat is dissipated.
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